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摘要：门式钢架结构是工业建筑中很常见的一种结构形式，本文主要介绍了门式钢架结构设计中涉及到的门式钢架柱，屋面及墙面的构造，基础设计，柱脚锚栓的安装定位，抗风柱的设计，抗风柱与钢架的连接等，为以后的类似设计提供一定的指导作用。
关键词：门式钢架；钢架柱；柱脚锚栓；基础；抗风柱；设计
近年来，随着国民经济建设对建筑业的需求不断增长，在工业建筑中，门式钢架结构被广泛使用。门式钢架结构具有以下特点：①抗震性能好，比其他的结构抗震性能要提高很多，②重量轻，强度高，轻钢门型钢架结构自重为31kg/m2左右，约为普通钢筋混凝土结构的1/2。重量轻的特性将降低基础的造价；强度高的特性决定了适用于大跨度，大柱网，增大了使用面积。③钢结构可拆卸利用，对环境的污染小，有利于环保。④主要钢构件工厂化，施工的速度快，有助于建筑产业化的发展。
1 门式钢架柱
1.1 轻钢门式钢架柱脚的连接方式分为刚接和铰接两种形式。柱脚为刚接的钢架，其柱顶横向水平变位较小，可以节约材料，但由于柱脚与基础的连接处需要承受较大的弯矩，柱脚构造较复杂，基础较大。与此相反，柱脚为铰接的钢架，其柱顶横向水平变位较大，所用钢架材料较多，但柱脚形式要视具体情况而定，当结构高宽比和风荷载较大，以及有吊车荷载作用时多采用刚接。总结这几年的设计经验，在设计的时候，若有较大的吊车荷载，比如说有不小于5t的桥式吊车时，应该考虑将柱脚设置成刚性柱脚，柱设置成等截面柱，柱间支撑不应是简单的构造设计，应考虑吊车纵向水平力的作用。若门式钢架无吊车荷载，建筑物高度不高，风荷载不是很大，则选用铰接的柱脚，曾经设计过的《山东盛阳90平米烧结项目-联合筛分室工程》采用的就是铰接的柱脚。
1.2 柱间支撑的布置。柱间支撑的作用主要是提高结构的纵向刚度和稳定性,并将水平荷载(包括水平风荷载及纵向的其他荷载)传至基础。柱间支撑与屋面的支撑应在同一柱间，使钢架纵向形成稳定体系，方便钢架安装，增加纵向的刚度。柱间支撑应布置在第一柱或第二柱之间。当跨度较大时，在布置支撑的柱间，应恰当增加刚性系杆的数量，使支撑的夹角在45°左右，当受建筑功能等限制无法布置柱间支撑时，应布置纵向钢架。
2 屋面、墙面的构造
轻型门式钢架结构厂房中屋面及墙面构造措施是增大钢架刚度，防止钢架平面外失稳的关键措施，拉条的设置应该满足要求，在柱距大于6米时，设置两道拉条，当柱距小于6米时，设置一道拉条，而且在设置斜拉条的时候，应该设置撑杆，但是个别设计者，容易忽视撑杆的作用，而不设置，但是只有在斜拉条间设置撑杆，才能形成稳定体系。在屋面、墙面设计中还应注意檩条的布置，轻钢结构中屋面檩条布置间距一般为1500，檩条截面较小不足以为屋面梁提供较大的刚度，在轻钢结构计算时屋面梁平面为计算长度一般可取3000，因此在屋面檩条体系中需隔根设置檩条隅撑，防止受压翼缘屈服而失稳。
3 基础设计
轻钢结构，由于自身的重量较轻，传给基础的竖向荷载较小，因此水平荷载控制着基础的大小，基础设计必须考虑偏心荷载作用下的基础底下反力的不均匀性，防止基础倾斜。对于铰接柱脚，基础只受到轴心荷载的作用，而对于刚接柱脚，基础受到了偏心荷载的作用。门式钢架结构基础的受力特点：①由于结构自重较轻，钢结构自振周期较长，水平地震作用相对较小，水平控制荷载多为水平制动荷载加风荷载；②水平制动荷载相对较大,基础偏心距e因此较大，一般最大偏心距可达1.5～2.0m；③若厂房没有大型吊车，纵向水平荷载由柱间支撑承受，柱脚多为铰接。若厂房带吊车，且吊车吨位较大，横向水平位移难以控制，则要求柱脚刚接；④门式刚架轻型钢结构厂房为单层或单层带夹层，基础多采用单独基础，而且埋深较浅。在《山东盛阳90平米烧结项目-联合筛分室工程》中，采用的就是柱下独立基础。
4 柱脚锚栓的安装定位
柱脚锚栓的安装定位需正确，这样能避免框架或钢架安装困难，若处理不当，则得对进行加固处理，主要原因是锚栓间无连接，刚度较差，容易在浇筑的过程中产生位移，为了避免位移的出现，可以在混凝土浇筑前预埋脚栓固定支架，起到一个固定的作用。在门钢柱脚节点设计中，锚栓起到安装定位的作用，当底部抗滑移系数超过0.4时，要在柱脚设置抗剪键，还要考虑风荷载的上吸力作用对锚栓产生的上拔力，并以此来验算锚栓的直径大小，而验算上拔力时是以锚栓被拉断为极限承载力为标准的。在个别的工程中将锚栓的抗拉设计值定的比较小，依个人经验这是由于锚栓抗拉除了本身的抗拉强度外还有与混凝土之间锚固的问题有关，还有安全系数，综合考虑下形成的。
5 抗风柱的设计以及与钢架的连接
抗风柱是门式刚架中支撑山墙的墙板抵抗水平风荷载作用的主要构件。抗风柱的上端与刚架梁相连，下端设置单独的基础。在工作中，我将抗风柱的设计理念归纳成了三种。(1)悬臂梁式：这种设计形式从过去的重屋面单层工业厂房就有。主要特点是抗风柱柱脚刚接，相当于我们一般的悬臂梁受力形式，抗风柱本身独立承受墙面传递的风荷载。我们可以一些图纸中见到，在抗风柱的顶部加设弹簧板，与主钢架连接，就是这种设计理念。(2)简支梁式：简支梁式的抗风柱受力形式简单，截面较小；柱脚采用铰接、顶部与主钢架铰接，铰接节点加工和安装比较方便。风荷载通过抗风柱传递到主钢架，依靠主钢架的支撑体系承受着水平风荷载，能发挥整个结构的承载能力。(3)结构柱式：把抗风柱作成结构的一部分，在承受结构荷载的同时承受风荷载。对于轻钢厂房来说，它的缺点是增加了加工的品种，边跨和中间跨明显不一致，在设置支撑体系时，也因为截面不同，使支撑的节点构造比较烦琐，但是结构柱式的抗风柱作为结构的一部分，在承受结构荷载的同时承受风荷载，而且对于钢结构框架结构来说，上面的缺点不明显，还可以明显提高承载能力，降低成本，减小构件截面，因此是比较合理的选择。
目前门式钢架抗风柱的设计存在两种错误的做法：一种是钢架与抗风柱在一条轴线上，但不考虑抗风柱的荷载，钢架梁与抗风柱之间用一块钢板通过焊缝相连。另一种做法是将钢架与抗风柱做成一样，钢架梁与抗风柱或铰接或刚接，抗风柱既参与竖向荷载作用又参与抗风水平荷载的作用，而设计人员容易忽视钢架的纵向抗风验算，这样就导致漏算了荷载，是很危险的。以上两种设计方式都存在弊端，因此在设计的时候一定要引起足够的重视。
6 结束语
本文主要对门式钢架结构设计中涉及到的钢架柱，屋面及墙面的构造，基础设计，柱脚锚栓的安装定位，抗风柱的设计，抗风柱与钢架的连接等做了简要分析，只有充分了解门式钢架结构的特点，才能做出更加优秀的设计。
参考文献
[1]杨鼎久.建筑结构[M].机械工业出版社.2005
[2]吕西林.高层建筑结构[M].武汉理工大学出版社.2001
[3]李红良.抗风柱三种结构形式.临钢科技.2010.11
[4]彭煜.门式钢架结构设计探讨.城市建设理论研究.2011.12
关键词：门式钢架；钢架柱；柱脚锚栓；基础；抗风柱；设计
近年来，随着国民经济建设对建筑业的需求不断增长，在工业建筑中，门式钢架结构被广泛使用。门式钢架结构具有以下特点：①抗震性能好，比其他的结构抗震性能要提高很多，②重量轻，强度高，轻钢门型钢架结构自重为31kg/m2左右，约为普通钢筋混凝土结构的1/2。重量轻的特性将降低基础的造价；强度高的特性决定了适用于大跨度，大柱网，增大了使用面积。③钢结构可拆卸利用，对环境的污染小，有利于环保。④主要钢构件工厂化，施工的速度快，有助于建筑产业化的发展。
1 门式钢架柱
1.1 轻钢门式钢架柱脚的连接方式分为刚接和铰接两种形式。柱脚为刚接的钢架，其柱顶横向水平变位较小，可以节约材料，但由于柱脚与基础的连接处需要承受较大的弯矩，柱脚构造较复杂，基础较大。与此相反，柱脚为铰接的钢架，其柱顶横向水平变位较大，所用钢架材料较多，但柱脚形式要视具体情况而定，当结构高宽比和风荷载较大，以及有吊车荷载作用时多采用刚接。总结这几年的设计经验，在设计的时候，若有较大的吊车荷载，比如说有不小于5t的桥式吊车时，应该考虑将柱脚设置成刚性柱脚，柱设置成等截面柱，柱间支撑不应是简单的构造设计，应考虑吊车纵向水平力的作用。若门式钢架无吊车荷载，建筑物高度不高，风荷载不是很大，则选用铰接的柱脚，曾经设计过的《山东盛阳90平米烧结项目-联合筛分室工程》采用的就是铰接的柱脚。
1.2 柱间支撑的布置。柱间支撑的作用主要是提高结构的纵向刚度和稳定性,并将水平荷载(包括水平风荷载及纵向的其他荷载)传至基础。柱间支撑与屋面的支撑应在同一柱间，使钢架纵向形成稳定体系，方便钢架安装，增加纵向的刚度。柱间支撑应布置在第一柱或第二柱之间。当跨度较大时，在布置支撑的柱间，应恰当增加刚性系杆的数量，使支撑的夹角在45°左右，当受建筑功能等限制无法布置柱间支撑时，应布置纵向钢架。
2 屋面、墙面的构造
轻型门式钢架结构厂房中屋面及墙面构造措施是增大钢架刚度，防止钢架平面外失稳的关键措施，拉条的设置应该满足要求，在柱距大于6米时，设置两道拉条，当柱距小于6米时，设置一道拉条，而且在设置斜拉条的时候，应该设置撑杆，但是个别设计者，容易忽视撑杆的作用，而不设置，但是只有在斜拉条间设置撑杆，才能形成稳定体系。在屋面、墙面设计中还应注意檩条的布置，轻钢结构中屋面檩条布置间距一般为1500，檩条截面较小不足以为屋面梁提供较大的刚度，在轻钢结构计算时屋面梁平面为计算长度一般可取3000，因此在屋面檩条体系中需隔根设置檩条隅撑，防止受压翼缘屈服而失稳。
3 基础设计
轻钢结构，由于自身的重量较轻，传给基础的竖向荷载较小，因此水平荷载控制着基础的大小，基础设计必须考虑偏心荷载作用下的基础底下反力的不均匀性，防止基础倾斜。对于铰接柱脚，基础只受到轴心荷载的作用，而对于刚接柱脚，基础受到了偏心荷载的作用。门式钢架结构基础的受力特点：①由于结构自重较轻，钢结构自振周期较长，水平地震作用相对较小，水平控制荷载多为水平制动荷载加风荷载；②水平制动荷载相对较大,基础偏心距e因此较大，一般最大偏心距可达1.5～2.0m；③若厂房没有大型吊车，纵向水平荷载由柱间支撑承受，柱脚多为铰接。若厂房带吊车，且吊车吨位较大，横向水平位移难以控制，则要求柱脚刚接；④门式刚架轻型钢结构厂房为单层或单层带夹层，基础多采用单独基础，而且埋深较浅。在《山东盛阳90平米烧结项目-联合筛分室工程》中，采用的就是柱下独立基础。
4 柱脚锚栓的安装定位
柱脚锚栓的安装定位需正确，这样能避免框架或钢架安装困难，若处理不当，则得对进行加固处理，主要原因是锚栓间无连接，刚度较差，容易在浇筑的过程中产生位移，为了避免位移的出现，可以在混凝土浇筑前预埋脚栓固定支架，起到一个固定的作用。在门钢柱脚节点设计中，锚栓起到安装定位的作用，当底部抗滑移系数超过0.4时，要在柱脚设置抗剪键，还要考虑风荷载的上吸力作用对锚栓产生的上拔力，并以此来验算锚栓的直径大小，而验算上拔力时是以锚栓被拉断为极限承载力为标准的。在个别的工程中将锚栓的抗拉设计值定的比较小，依个人经验这是由于锚栓抗拉除了本身的抗拉强度外还有与混凝土之间锚固的问题有关，还有安全系数，综合考虑下形成的。
5 抗风柱的设计以及与钢架的连接
抗风柱是门式刚架中支撑山墙的墙板抵抗水平风荷载作用的主要构件。抗风柱的上端与刚架梁相连，下端设置单独的基础。在工作中，我将抗风柱的设计理念归纳成了三种。(1)悬臂梁式：这种设计形式从过去的重屋面单层工业厂房就有。主要特点是抗风柱柱脚刚接，相当于我们一般的悬臂梁受力形式，抗风柱本身独立承受墙面传递的风荷载。我们可以一些图纸中见到，在抗风柱的顶部加设弹簧板，与主钢架连接，就是这种设计理念。(2)简支梁式：简支梁式的抗风柱受力形式简单，截面较小；柱脚采用铰接、顶部与主钢架铰接，铰接节点加工和安装比较方便。风荷载通过抗风柱传递到主钢架，依靠主钢架的支撑体系承受着水平风荷载，能发挥整个结构的承载能力。(3)结构柱式：把抗风柱作成结构的一部分，在承受结构荷载的同时承受风荷载。对于轻钢厂房来说，它的缺点是增加了加工的品种，边跨和中间跨明显不一致，在设置支撑体系时，也因为截面不同，使支撑的节点构造比较烦琐，但是结构柱式的抗风柱作为结构的一部分，在承受结构荷载的同时承受风荷载，而且对于钢结构框架结构来说，上面的缺点不明显，还可以明显提高承载能力，降低成本，减小构件截面，因此是比较合理的选择。
目前门式钢架抗风柱的设计存在两种错误的做法：一种是钢架与抗风柱在一条轴线上，但不考虑抗风柱的荷载，钢架梁与抗风柱之间用一块钢板通过焊缝相连。另一种做法是将钢架与抗风柱做成一样，钢架梁与抗风柱或铰接或刚接，抗风柱既参与竖向荷载作用又参与抗风水平荷载的作用，而设计人员容易忽视钢架的纵向抗风验算，这样就导致漏算了荷载，是很危险的。以上两种设计方式都存在弊端，因此在设计的时候一定要引起足够的重视。
6 结束语
本文主要对门式钢架结构设计中涉及到的钢架柱，屋面及墙面的构造，基础设计，柱脚锚栓的安装定位，抗风柱的设计，抗风柱与钢架的连接等做了简要分析，只有充分了解门式钢架结构的特点，才能做出更加优秀的设计。
参考文献
[1]杨鼎久.建筑结构[M].机械工业出版社.2005
[2]吕西林.高层建筑结构[M].武汉理工大学出版社.2001
[3]李红良.抗风柱三种结构形式.临钢科技.2010.11
[4]彭煜.门式钢架结构设计探讨.城市建设理论研究.2011.12